Circulaire gevelsystemen
Academiejaar 2019-2020
Master of Science in de industriële wetenschappen: bouwkunde Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van
Begeleider: ir.-arch. Jona Van Steenkiste
Marijke Steeman
Promotoren: prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche, prof. dr. ir.-arch.
Studentennummers: 01507890, 01503907Circulaire gevelsystemen
Academiejaar 2019-2020
Master of Science in de industriële wetenschappen: bouwkunde Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van
Begeleider: ir.-arch. Jona Van Steenkiste
Marijke Steeman
Promotoren: prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche, prof. dr. ir.-arch.
Studentennummers: 01507890, 01503907Woord vooraf met toelating tot bruikleen
In dit voorwoord willen we onze promotoren prof. dr. ir.-arch. Marijke Steeman en prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche en begeleider ir.-arch. Jona Van Steenkiste bedanken. We danken hen voor de feedback en inzichten tijdens het tot stand komen van deze masterproef. De vrijheid waarmee we aan de slag konden heeft bijgedragen tot een aangename werksfeer en heeft ervoor gezorgd dat heel wat verschillende pistes bewandeld werden.
_____
De auteurs geven de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de bepalingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.
The authors give permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In all cases of other use, the copyright terms have to be respected, in particular with regard to the obligation to state explicitly the source when quoting results from this master dissertation.
Abstract Studenten:
Emiel Debusseré 01503907 Eline Leenknecht 01507890 Promotoren:
Prof. dr. ir.-arch. Nathan Van Den Bossche Prof. dr. ir.-arch. Marijke Steeman
Begeleider:
ir.-arch. Jona Van Steenkiste
Academische graad: Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: bouwkunde
Academiejaar: 2019-2020 _____
Hoe evolueert de traditionele bouwsector op vlak van circulariteit met duurzaamheid als tussenstop? Wat schieten duurzame bouwproducten te kort om ook als circulair bestempeld te kunnen worden? Deze vraag wordt gesteld tijdens het onderzoek waarin op zoek gegaan wordt naar de meest circulaire materialen op de bestaande markt. Hiervoor worden enkele onderzoekscriteria opgesteld waarmee bouwmaterialen worden beoordeeld. Zo wordt duidelijk dat het uitsluitend bestuderen van materiaalniveau niet voldoende is. De overstap van duurzaamheid naar circulariteit wordt grotendeels beslist op elementniveau. Bepaalde karakteristieken van bouwmaterialen worden bepaald door de inplanting ervan op een bepaalde positie in een specifiek detail. Onderlinge relaties tussen materialen binnen eenzelfde gevelpakket, beschreven als gelaagdheid, omkeerbaarheid en demonteerbaarheid, zijn van belang in de zoektocht naar een globale circulariteitsscore voor een gevelsysteem.
Het onderzoeksveld strekt zich uit over de gevel van een gebouw. Bijgevolg worden goed scorende materialen, zoals prefabbeton, glaswol, EPS en keramische tegels, samengesteld tot een gevelpakket. Omkeerbare en toegankelijke verbindingen tussen de verschillende lagen van het systeem zorgen voor een demonteerbaar en bijgevolg herbruikbaar geheel. Hergebruik van de materialen hangt sterk af van de levensduur en positionering binnen een bouwdetail. Zowel voor een traditionele funderingsaanzet als dakopstand wordt een meer circulair alternatief opgesteld dat rekening houdt met zoveel mogelijk circulariteitskenmerken. Vaak wordt op de moeilijkheid gebotst een bouwfysisch correcte, waterdichte en toch circulaire bouwknoop te ontwikkelen. Gebruik van, vaak niet-omkeerbaar verbonden, bouwfolies is onvermijdbaar. Verder wordt gepoogd een aanzet te geven voor het ontwikkelen van circulaire, innovatieve bouwsystemen.
Extended abstract
CIRCULAR FAÇADE SYSTEMS
Emiel Debusseré, Eline Leenknecht
Supervisors: Marijke Steeman, Nathan Van Den Bossche, Jona Van Steenkiste
Abstract – This study looks at circularity as a
follow-up to sustainability. Materials and façade elements are assessed on the basis of research criteria. Interrelationships between materials within the same façade package, described as layering, reversibility and demountability, are important in the search for a global circularity score for a façade system. Reuse of the materials strongly depends on the lifespan and positioning within a building detail. A more circular alternative is used for a traditional foundation start as well as a roof edge. Furthermore, an attempt is made to initiate the development of circular, innovative building systems such as for example circular exterior joinery.
Keywords- Circularity, demountability, façade
systems, reuse, life span I. INTRODUCTION
The starting point of the study is the necessity of the transition to a circular construction sector. The sustainable character that is now often given to building materials does not appear to be sufficient for a sustainable future. Climate problems are partly caused by the large fraction of construction waste, a downgrade of materials that are not at the end of their lifespan. The intention must be to use materials in one or more projects where they can prove their
usefulness over their entire lifespan. This justifies the introduction of circular building materials and systems that go a step further than the already known sustainable products. Circularity ensures a closed cycle with the lowest possible depreciation in value. In addition, materials with a limited environmental impact are used. Life cycle analyses provide a picture of this impact of a material on the environment during its lifetime. The limited frame included in today's cradle-to-grave analyses is a minor point. Circularity extends this scope and aims to perform cradle-to-cradle analyses. These also take the end-of-life phase into account and aim to reuse a material in an application for which it was originally designed, i.e. without reduction in value.
This reuse of materials creates a changing economy. Business models are being adapted, whereby producers also become service providers. Products are increasingly offered as a service, causing the consumer to pay for the use of a good rather than for its purchase. Building materials remain the property of the manufacturer and are also maintained by them. A major advantage of this way of acting is that the maintenance and ownership of the materials
is at the expense of the person with the most appropriate knowledge.
Cramer's 10R model and the 24 Design Guidelines for Change Oriented Building from OVAM serve as guidelines when designing and building projects. Together with life cycle influencing factors, they form the basis for the analysis of circularity at the material level.
II. MATERIALS AND METHOD
The subject of this research only covers the façade of a building. This means that in each case the necessary requirements are taken into account in order to guarantee a pleasant and safe indoor climate. This concerns wind and water tightness, thermal and acoustic insulation and fire safety. This checklist of properties is used in a case: the Etrimo residential towers in Zellik. It is analysed where the implemented system in Zellik meets the predetermined guidelines, or even more important where it has its pains. In addition to this case, other existing façade systems are analysed. An overview of frequently used façade systems in both renovations and new construction projects is drawn up. This includes an ETICS system, (unventilated) stone strips, ventilated exterior plasterwork and standard brickwork with an air cavity. These systems are linked to the 24 Design Guidelines for Change Oriented Building (OVAM) from which positive and negative properties in terms of circularity will again be taken into further research.
In addition to the systems, an overview of existing circular products on the market is drawn up. Again, the feedback is made to the design guidelines for change oriented building. In this way a picture is created of how these materials were adapted to create a more circular character.
After the analyses of the existing systems and products, a first part of the research is carried out on finding a method to measure and quantify the circularity of materials. The final goal is an overall score that indicates how circular a material is. Since the focus lies on façade systems, the materials are divided into three categories: inner cavity, insulation and façade cladding.
In the next part of the survey, the evaluated materials are brought together to form a system, a façade package. In this step, special attention is paid to life cycle influencing factors of the layers. This is mainly expressed in fixing and anchoring methods.
From the analysis of existing materials and façade systems, some pain points were discovered in the circular design of structures. A minimal ecological impact and further re-use of materials depends among other things on the percentage of new raw materials, end-of-life factors such as landfill, incineration or recycling, lifespan, environmental impact... Flexibility is also essential, because not every material can be used in every application. In addition, the possibility of damage during
weighting factor is applied to each criterion in order to obtain the final score.
III. RESULTS
On the basis of the above criteria, prefabricated concrete, glass wool insulation and a ceramic hollow tile score best in terms of circularity within their category.
When measuring the circularity of a façade system, the possibility of disassembly is added as the most important aspect. This consists of the type of connection and the accessibility of the connection point. The system that scores best gets label A and is made of precast concrete, glass wool insulation plates that are mechanically fastened and ceramic hollow tiles clamped onto an aluminium batten. Here, too, a critical view is crucial because the underlying structure/battens to which the hollow tiles are attached are not taken into account in the analysis of the package but do cause a greater environmental impact.
Comparison with circularity indicators from existing assessment models shows that this method falls short in terms of project-dependent factors such as the drawing up of material passports and the management of the project site. It is difficult to come up with certain values without having a specific project in mind. Drawing the best scoring packages leads to some observations. For example, the replacement of a single façade panel is not always possible but depends on the fixing method. However, this is already taken into
account when drawing up the circularity scale per package. The use of double layered insulation also has a positive influence on the durability of a construction. As mentioned earlier, battens play an important role in the dismountable fixing of façade finishes.
Next, principles such as layering and independence are taken as a starting point in the development of construction details of a circular foundation start and roof edge. In both, mineral wool and demountable façade bricks are used. The choice of sustainable materials with a circular character is the simplest step in the development of the new building detail. The use of adhesive joints to guarantee complete air and water tightness seems rather unavoidable. The biggest obstacle to complete disassembly without damage remains the use of foils and sealants.
Finally, creative use is made of common principles in the construction industry. In a traditional design, the insulation is the supporting structure for the façade finish. A first innovative way of thinking leads to the use of scaffolding material as a self-bearing supporting structure to attach the façade finishing. In other words, the roles are reversed. By means of a spring system, the insulation is clamped between the supporting structure and the façade cladding.
A second innovative idea focuses on the design of circular exterior joinery. A component in the form of a watertight bowl is integrated into the supporting structure. In this bowl, the joinery is
placed and screwed onto a wooden support block. For an application on the ground floor or on a floor with a balcony, a proposal is provided by means of a hinged assisting sill support. For a floor without a balcony, an alternative click system is provided as the sills cannot be walked on. The bowl is filled with insulating material.
IV. DISCUSSION
During each phase of the design, notions of circularity were kept in mind. General findings led to the use of materials that are not possible for every application. An example is precast concrete that scores well in terms of circularity. In general, prefabricated structures in the construction sector are seen as positive because of the reduction in man-hours. Towards re-use, this material is not always optimal because of tailor-made fabrication.
Furthermore, in circular designs, wet joints are avoided as much as possible, which means that mechanical fixings often take their place. The formation of thermal bridges due to small local pierces should not be underestimated.
A final point of discussion is the cost price. This is often decisive in a project and is higher in a circular design than in a traditional design. The initially more expensive materials or systems should be put into perspective and considered together with their respective lifespan.
V. CONCLUSION
The research carried out can be regarded as a reference work on circularity in the construction sector. The given overview of circular building
materials is currently up to date but is in an evolutionary phase. For further research, use can be made of the principles mentioned above, rather than of the circular materials currently available. Because of the topicality of the subject, this publication can be a steppingstone to further research.
Duurzaamheidsreflectie
Deze masterproef kadert in de strijd naar een meer duurzame bouwwereld. De steeds evoluerende bouwsector staat voor de deur van enkele grote veranderingen op vlak van duurzaamheid en circulariteit. De ontwikkeling spitst zich toe op de behoeftes van de huidige generatie zonder deze van de toekomstige generaties in het gedrang te brengen. Gezien de opdringende en elkaar snel opvolgende evoluties moet deze masterproef telkens in perspectief gezet worden. Tussen het moment van opstellen en het moment van raadplegen van deze masterproef gebeurden ongetwijfeld een aantal veranderingen.
De masterproef kan dienen als naslagwerk met algemene informatie over de transitie van de traditionele naar een meer circulaire bouwsector. Enkele kernbegrippen komen aan bod en zijn cruciaal om het globale idee van een duurzame en vooral circulaire economie op eenvoudige wijze te verwerken. Er wordt zoveel mogelijk nagedacht over het gebruik van materialen en structuren die de ecologische impact minimaliseren. Echter is er naast de duurzaamheidstransitie ook een sociale transitie nodig. Dit vraagt vooral een wijziging in het denkpatroon van personen.
Gezien het actuele thema wordt verondersteld met deze masterproef een aanzet te geven tot verder onderzoek. Telkens wordt aangegeven waar verder onderzoek mogelijk is om op deze manier de duurzaamheid van de masterproef te accentueren.
Inhoudsopgave
Woord vooraf met toelating tot bruikleen... 2
Abstract ... 3 Extended abstract ... 4 Duurzaamheidsreflectie ... 8 Inhoudsopgave ... 9 Leesgids ... 14 Belangrijke begrippen ... 15
Lijst met figuren ... 16
Lijst met tabellen ... 19
Lijst met afkortingen en symbolen ... 20
1 Inleiding ... 1 2 Waarom circulariteit? ... 4 2.1 Circulariteit vs. duurzaamheid ... 4 2.2 Levensduur bouwproducten... 5 2.3 Levenscyclusanalyse ... 6 2.4 Cradle-to-cradle ... 6 3 Circulaire economie ... 8
3.1 Bouwen als een dienst ... 8
3.2 Circulair businessmodel ... 8
3.3 Circulaire economie in de praktijk: voorbeelden ... 9
4 Wat is circulariteit? ... 12
4.1 Het 10R model van Prof. Dr. J. Cramer ... 12
4.2 24 Ontwerprichtlijnen voor Veranderingsgericht Bouwen ... 13
4.3 Levensduurbeïnvloedende factoren ... 17
5 Bouwfysische aspecten en brandveiligheid van de gevel... 19
5.3 Akoestische isolatie ... 19
5.4 Brandveiligheid (WTCB, 2017) ... 20
5.4.1 Brandpreventie ... 20
5.4.2 Compartimentering en brandweerstand ... 21
5.4.3 Brandoverslag via de gevel ... 21
5.4.3.1 Brandoverslag via het oppervlak van de gevelbekleding ... 21
5.4.3.2 Brandoverslag tussen twee compartimenten ... 22
5.4.3.3 Brandoverslag over het gevelsysteem ... 23
5.4.4 Koninklijk Besluit Basisnormen ... 24
6 Case: Etrimo torens, Zellik ... 26
6.1 Opbouw woontorens ... 26
6.2 Lucht- en waterdichtheid ... 27
6.3 Thermische en akoestische isolatie ... 27
6.4 Brandveiligheid ... 29
6.4.1 Analyse van mogelijkheid op brandoverslag tussen twee compartimenten (inwendig en/of uitwendig) ... 29
7 Analyse van bestaande gevelsystemen ... 32
7.1 Steenstrips niet-geventileerd – Vandersanden ... 32
7.2 Steenstrips geventileerd – StoVentec C ... 34
7.3 Buitenpleister geventileerd – StoVentec R ... 35
7.4 Prefab pleisterelementen – StoEcoshapes ... 37
7.5 Parementmetselwerk met geïsoleerde luchtspouw ... 38
7.6 Buitenpleister – Saint Gobain ... 39
7.7 Algemene bevindingen bestaande gevelsystemen ... 40
7.7.1 Snelheid en eenvoud ... 40
7.7.2 Omkeerbaarheid, hergebruik, demonteerbaarheid... 40
7.7.3 Gelaagdheid ... 41
8 Circulariteit op materiaalniveau ... 42
8.1 Draagstructuur ... 42
8.1.1 Orbixblokken - Carbstone Innovation ... 42
8.1.2 Masterbloc – Betonagglomeraten Gubbels ... 43
8.1.3 Verbindingssysteem betonelementen - Peikko... 43
8.1.5 Houtskeletbouw – WOODinc ... 44 8.2 Isolatiematerialen ... 45 8.2.1 Rotswolisolatie – Rockwool... 45 8.2.2 Glaswolisolatie – ISOVER ... 45 8.2.3 Glaswolisolatie – Knauf ... 46 8.2.4 Cellenglas – Foamglas ... 46
8.2.5 Isolatiemateriaal op basis van gebruikte jeans – Métisse ... 46
8.2.6 Isolatiemateriaal op basis van cellulose – EverUse ... 47
8.2.7 Grasisolatie – GramiTherm ... 47
8.3 Gevelafwerking ... 47
8.3.1 Facadeclick ... 47
8.3.2 Clickbrick ... 48
8.3.3 Gevelsteen Urbrick ... 49
8.3.4 Gevelsteen Corium – Wienerberger ... 49
8.3.5 LeeBrick ... 50
8.3.6 Houten klikbekleding – Carpentier ... 51
9 Analyse op materiaalniveau ... 52
9.1 Beschrijving van de methode voor het bepalen van een circulaire waarde voor materialen . 52 9.1.1 Niet-gerecycleerde inhoud (%)... 53
9.1.2 Stort (%) ... 53
9.1.3 Verbranding (%) ... 53
9.1.4 Niet recycleerbaar (%) ... 53
9.1.5 Beschadigingspotentieel van het (de)montageproces (-) ... 53
9.1.6 Niet flexibel (-) ... 54 9.1.7 Omgekeerde levensduur (-) ... 55 9.1.8 Schaduwkost (€) ... 55 9.1.9 Kostprijs ... 57 9.1.9.1 Uitvoering (€ per m²) ... 57 9.1.9.2 Materiaal (€ per m²) ... 58
9.2 Gegevens van de gebruikte materialen ... 58
9.2.1 Binnenspouwblad ... 58
9.2.2 Isolatie ... 59
9.2.3 Gevelbekleding ... 60
9.3 Algemene bevindingen op materiaalniveau ... 63
9.3.1 Harde vs. zachte isolatie... 63
9.3.3 Prefabbeton... 64
9.4 Duurzame vs. circulaire materialen ... 64
9.5 Beperkingen bij het meten van de circulariteit... 65
10 Circulariteit op elementniveau ... 67
10.1 Fundamentele lagen ... 67
10.2 Demonteerbaarheid: typeverbindingen en toegankelijkheid ... 68
10.3 Optimale renovatie-strategie ... 70
10.4 Evoluerende normen ... 70
10.5 Voorbeeld: JuuNoo wand ... 71
11 Analyse op elementniveau ... 73
11.1 Beschrijving van de methode voor het bepalen van een circulaire waarde voor gevelpakketten... 73
11.2 Circulariteitsschaal ... 73
11.3 Algemene bevindingen op pakketniveau ... 76
11.3.1 Demontabele isolatie vs. demontabele gevelbekleding ... 76
11.3.2 Slechtste materialen zijn niet slechtste pakket ... 77
11.3.3 Isolatie vertegenwoordigt grootste aandeel ... 78
11.4 Vergelijking met bestaande beoordelingsmodellen ... 78
11.4.1 Circulariteitsindicatoren – Alba Concepts ... 79
11.4.2 Circular Footprint CF – Nationaal Duurzaamheid Instituut ... 80
11.4.3 Circulariteitsmeters op projectbasis ... 81
11.4.3.1 GRO – Het Facilitair Bedrijf ... 81
11.4.3.2 Label Circulair Gebouw – WTCB en VCB ... 82
11.4.3.3 Reversible Building Design Protocol – Elma Durmisevic ... 82
11.4.3.4 C-CalC – Cenergie ... 83
12 Circulaire gevelsystemen ... 85
12.1 Gevelsysteem 1: Prefabbeton – Glaswol – Keramische tegel ... 85
12.1.1 Vaststelling 1: Blinde vs. zichtbare bevestiging ... 89
12.1.2 Vaststelling 2: Mogelijkheid tot individuele demontage ... 90
12.2 Gevelsysteem 2: Kalkzandsteen – Steenwol – Clickbrick ... 91
12.2.1 Vaststelling 3: Gebruik van tweelaagse isolatie ... 94
12.3 Gevelsysteem 3: Kalkzandsteen – EPS – Zink staande naad ... 94
12.3.2 Vaststelling 5: Zelfde materiaal in verschillende vormen ... 99
12.3.3 Vaststelling 6: Gebruik van ondersteunde constructies ... 99
12.4 Mogelijkheid tot toepassen in renovatie ... 99
12.5 Mogelijkheid tot uitbreiding van het isolatiepakket ... 102
13 Circulaire bouwknopen... 104
13.1 Funderingsaanzet ... 104
13.1.1 Standaard funderingsaanzet met isolerend cellenglas ... 105
13.1.2 Herwerkte funderingsaanzet ... 105
13.2 Aansluiting dakrand... 109
13.2.1 Standaard dakrand met opstand in cellenbeton ... 109
13.2.2 Herwerkte dakrand met opstand in kalkzandsteen en isolatie ... 111
13.3 Algemene bevindingen op bouwknopenniveau ... 118
13.3.1 Folies en kitten ... 118
13.3.2 Mechanische bevestigingen ... 118
13.3.3 Binnenpleisterwerk ... 118
13.3.4 Circulaire gevelbekleding en het nut van een luchtspouw ... 119
14 Innovatieve denkpistes – aanzet tot verder onderzoek ... 120
14.1 Bevestiging van isolatiemateriaal ... 120
14.1.1 Vermijden van perforatie ... 123
14.1.2 Reduceren van het aantal manuren ... 123
14.1.3 Integratie van nutsleidingen ... 124
14.1.4 Grotere materiaalimpact? ... 124
14.1.5 Fassada Systems ... 125
14.2 Circulair buitenschrijnwerk ... 125
14.2.1 Fase 1: Scheiden van dragende structuur en schrijnwerk ... 126
14.2.2 Fase 2: Toepassing op verdieping zonder balkon ... 129
14.2.3 Fase 3: Integratie van het schrijnwerk in de kom ... 130
14.2.4 Fase 4: Integratie van de kom in de structuur ... 132
Referentielijst ... 136
Leesgids
Deze leesgids geeft een kort overzicht welke onderwerpen en/of vragen per hoofdstuk aan bod komen. Het helpt de lezer doelgericht zoeken in het document. Lezers met geringe voorkennis over het onderwerp worden aangeraden de eerste vijf hoofdstukken door te nemen. Hierin wordt algemene info aangereikt die interessant is voor het vervolg van het onderzoek. Personen met enige voorkennis kunnen deze masterproef lezen vanaf hoofdstuk 6.
H1: Inleiding
Samen met deze leesgids kan dit hoofdstuk aanzien worden als wegwijzer in de masterproef. H2: Waarom circulariteit?
Waarom is een circulaire bouwstrategie nodig? H3: Circulaire economie
Wat is een circulaire economie en hoe worden businessmodellen hieraan geadapteerd? Hoe spelen overheden hierop in?
H4: Wat is circulariteit?
Wat wordt verstaan onder circulariteit in de bouwwereld?
H5: Bouwfysische aspecten en brandveiligheid van de gevel
Welke eisen worden op de dag van vandaag gesteld op vlak van bouwfysica en brandveiligheid aan de gevel van een gebouw?
H6: Case: Etrimo torens, Zellik
Hoe werden de woontorens in Zellik opgebouwd en aan welke eisen voldoen ze? Hierin wordt de terugkoppeling gemaakt naar H5 waarin de eisen werden opgesomd.
H7: Analyse van bestaande gevelsystemen
Waar schieten hedendaagse gevelsystemen te kort om te kunnen spreken van circulaire gevelpakketten? Wat zijn de pijnpunten?
H8: Circulariteit op materiaalniveau
Welke circulaire bouwmaterialen zijn vandaag de dag beschikbaar op de markt? H9: Analyse op materiaalniveau
Hoe scoren de hedendaagse bouwmaterialen op vlak van circulariteit? Welk bouwproduct is tegelijk milieuvriendelijk en leent zich er het best toe om circulair te worden ingezet?
H10: Circulariteit op elementniveau
Wat als we deze bouwmaterialen willen toepassen op elementniveau? Er wordt extra aandacht besteed aan de verbinding tussen de lagen.
H11: Analyse op elementniveau
Hoe scoren de hedendaagse gevelsystemen op vlak van circulariteit? H12: Circulaire gevelsystemen
Een aantal in H11 geanalyseerde circulaire gevelsystemen komen aan bod en worden visueel voorgesteld.
H13: Circulaire bouwknopen
Hoe worden verschillende bouwknopen opgebouwd en hoe circulair zijn ze uiteindelijk? H14: Innovatieve denkpistes – aanzet tot verder onderzoek
Hoe kan creatief omgesprongen worden met de hedendaagse principes in de bouwsector op vlak van circulariteit?
Belangrijke begrippen
Hieronder worden enkele cruciale begrippen toegelicht. Hiernaar kan steeds teruggegrepen worden tijdens het lezen van de masterproef om elke verwarring te vermijden.
• Materiaal vs. element
Met een materiaal wordt één enkele component van een gevel bedoeld. Dit kan gaan over een dragende structuur, een isolatielaag of een gevelafwerking. Analyse van een gevelafwerking gebeurt op materiaalniveau, maar houdt ook rekening met de nodige extra materialen ter bevestiging. Samenstellen van verschillende materialen leidt tot het ontstaan van een gevelelement (bv. gevelsteen + rotswolpaneel + kalkzandsteen). Als synoniem voor gevelelement wordt vaak ook gevelpakket of gevelsysteem gebruikt.
Lijst met figuren
Figuur 1: 24 Ontwerprichtlijnen voor Veranderingsgericht Bouwen (OVAM, 2016) ... 14
Figuur 2: Brandoverslag via het oppervlak van de gevelbekleding (WTCB, 2017) ... 22
Figuur 3: Brandoverslag tussen twee compartimenten (WTCB, 2017) ... 23
Figuur 4: Brandoverslag over het gevelsysteem (WTCB, 2017) ... 23
Figuur 5: Definitie ontwikkelde lengte verticaal: a+b+c+d ≥1m (analoog horizontaal)(WTCB, 2017) 25 Figuur 6: Gevelpanelen Breughelpark Residentie II ... 26
Figuur 7: Opbouw gevelpakket Etrimo ... 28
Figuur 8: Aansluiting gevelschrijnwerk (Solar Decathlon, 2015)... 30
Figuur 9: Minimale ontwikkelde lengte Etrimo toren... 31
Figuur 10: Vandersanden E-board + strips (Vandersanden, z.d.) ... 33
Figuur 11: StoVentec C (Sto, 2015) ... 34
Figuur 12: Sto-onderconstructie (Sto, 2015) ... 35
Figuur 13: StoVentec R (Sto, 2015) ... 36
Figuur 14: Sto Ecoshapes (Sto, 2016) ... 37
Figuur 15: Parement met geïsoleerde luchtspouw (BBA, 2014) ... 38
Figuur 16: Verwijderbare gipspleister (Weber, 2017) ... 39
Figuur 17: Orbixblokken (Orbix, 2018) ... 42
Figuur 18: Verbinding kolom – fundering (Peikko, 2020) ... 43
Figuur 19: Ingestorte kolomschoenen en ankerbouten (Peikko,2020) ... 43
Figuur 20: Modulair houten bouwsysteem (Steko,2015) ... 44
Figuur 21: Houtskeletbouw met connectoren (WOODinc, 2018)... 45
Figuur 22: Graswolisolatie (GramiTherm, 2019) ... 47
Figuur 23: Facadeclick (Facadeclick, 2019) ... 48
Figuur 24: Clickbrick (Clickbrick, 2019) ... 49
Figuur 25: Corium gevelsysteem (Wienerberger, 2020) ... 50
Figuur 26: Verticale snede Corium (Wienerberger, 2020) ... 50
Figuur 27: LeeBrick (LeeBrick, 2015) ... 50
Figuur 28: Houten klikbekleding (Carpentier, 2020) ... 51
Figuur 29: Milieuclassificatie (NIBE, 2020) ... 57
Figuur 30: Zes functionele lagen volgens Brand (Brand, 1994) ... 67
Figuur 31: JuuNoo interieurwand (JuuNoo, 2019) ... 71
Figuur 32: Bestaande circulariteitsmeters (Archipelago, 2020) ... 78
Figuur 34: Circulariteitstool C-CalC ... 84
Figuur 35: Algemeen gehanteerde legende ... 85
Figuur 36: Bevestiging keramische holle tegel met behulp van klemmen (Moeding, 2012) ... 86
Figuur 37: Verticale snede gevelsysteem 1 ... 87
Figuur 38: Horizontale snede gevelsysteem 1 ... 88
Figuur 39: Verankering tegel met pinnen (Halfen, 2012) ... 91
Figuur 40: Verticale snede gevelsysteem 2 – Schaal 1/10 ... 92
Figuur 41: Horizontale snede gevelsysteem 2 – Schaal 1/10 ... 93
Figuur 42: Verticale snede gevelsysteem 3 ... 96
Figuur 43: Horizontale snede gevelsysteem 3 ... 97
Figuur 44: Kliksysteem zink (FinishProfiles, 2019) ... 99
Figuur 45: Renovatie Etrimo ... 101
Figuur 46: Kleurenschaal circulariteitsanalyse ... 104
Figuur 47: Standaard funderingsaanzet met isolerend cellenglas – Schaal 1/10 ... 105
Figuur 48: Herwerkte funderingsaanzet – Schaal 1/10 ... 106
Figuur 49: Circulariteitsanalyse funderingsaanzet – Schaal 1/10 ... 108
Figuur 50: Standaard dakrand met opstand in cellenbeton – Schaal 1/10 ... 109
Figuur 51: U-waarde origineel dak ... 110
Figuur 52: Herwerkte dakrand met opstand in cellenbeton – Schaal 1/10 ... 112
Figuur 53: Inductie lasapparaat (Rhinobond,2016) ... 114
Figuur 54: Koellichaam (Rhinobond,2016) ... 114
Figuur 55: Dakrandprofiel met geklemde folie- Schaal 1/2 ... 116
Figuur 56: Circulariteitsanalyse dakrand – Schaal 1/10... 117
Figuur 57: Horizontale snede veersysteem ... 121
Figuur 58: Verticale snede veersysteem ... 121
Figuur 59: Illustratie verbindingsstukken (Layher, 2019) ... 122
Figuur 60: Verduidelijking verbindingsstukken ... 122
Figuur 61: Integratie nutsleidingen ... 124
Figuur 62: Circulair buitenschrijnwerk 1e fase ... 127
Figuur 63: Circulair buitenschrijnwerk 2e fase ... 130
Figuur 64: Circulair buitenschrijnwerk 3e fase – onderzijde ... 131
Figuur 65: Circulair buitenschrijnwerk 3e fase - Bovenzijde ... 132
Figuur 66: Circulair buitenschrijnwerk 4e fase - onderzijde ... 133
Lijst met tabellen
Tabel 1: U-waarde Etrimogebouw ... 28 Tabel 2: Scores van het beschadigingspotentieel ... 54 Tabel 3: Scores van flexibiliteit ... 54 Tabel 4: Schaduwkost EPS-isolatie ... 56 Tabel 5: Gegevens binnenspouwbladen ... 59 Tabel 6: Gegevens isolatie ... 59 Tabel 7: Gegevens gevelbekleding ... 60 Tabel 8: Analyse circulariteit op materiaalniveau ... 61 Tabel 9: Analyse duurzaamheid materiaalniveau ... 62 Tabel 10: Kostprijs per levensjaar - gevelbekleding ... 64 Tabel 11:Scores van de typeverbindingen ... 68 Tabel 12:Scores van de toegankelijkheid van de verbinding ... 69 Tabel 13: Voorbeeld demonteerbaarheid ... 70 Tabel 14: Vergelijking JuuNoo, hout & metal stud (JuuNoo, 2019) ... 72 Tabel 15: Circulariteitsschaal ... 74 Tabel 16: Analyse circulariteit op elementniveau... 75 Tabel 17: Demonteerbaarheid gevelsysteem A ... 76 Tabel 18: Demonteerbaarheid gevelsysteem C ... 76 Tabel 19: Circular Footprint isolatiematerialen ... 80 Tabel 20: U-waarde gevelsysteem 1 ... 86 Tabel 21: Beschadigingspotentieel gevelsysteem 1 ... 89 Tabel 22: Demonteerbaarheid gevelsysteem 1 ... 89 Tabel 23: U-waarde gevelsysteem 2 ... 92 Tabel 24: Beschadigingspotentieel gevelsysteem 2 ... 93 Tabel 25: Demonteerbaarheid gevelsysteem 2 ... 94 Tabel 26: U-waarde gevelsysteem 3 ... 95 Tabel 27: Beschadigingspotentieel gevelsysteem 3 ... 97 Tabel 28: Demonteerbaarheid gevelsysteem 3 ... 98 Tabel 29: Verbeterde U-waarde Etrimo gebouw ... 102 Tabel 30: Demonteerbaarheid standaardpakket dakrand ... 111 Tabel 31: U-waarde herwerkt dak ... 113 Tabel 32: Drukvaste isolatiekorrels (Ecomat, 2018)... 129
Lijst met afkortingen en symbolen
BCI Building Circularity Index
CF Circular Footprint
CPG Circulariteitsprestatie van Gebouwen
DBFM Design, Build, Finance, Maintain
EPB Energieprestatie en Binnenklimaat
EPD Environmental Product Declaration
EPS Geëxpandeerd Polystyreen
ETICS External Thermal Insulation Composite System
FCRBE Facilitating the circulation of reclaimed building
elements in Northwestern Europe
KB Koninklijk Besluit
LCA Levenscyclusanalyse
LCC Life Cycle Cost
MCI Material Circularity Index
NIBE Nederlands Instituut voor Bouwbiologie en
Ecologie
OVAM Openbare Vlaamse Afvalstoffenmaatschappij
PCI Product Circularity Index
PIR Polyisocyanuraat
PUR Polyurethaan
RVS Roestvrij staal
SCI System Circularity Index
VCB Vlaamse Confederatie Bouw
WTCB Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor
het Bouwbedrijf
XPS Geëxtrudeerd polystyreen
λ (W/mK) Warmtegeleidingscoëfficiënt
R (m²K/W) Warmteweerstandscoëfficiënt
1 Inleiding
Deze inleiding maakt, samen met de hierboven opgestelde leesgids, de lezer wegwijs in deze masterproef. Een summiere en chronologische beschrijving van de inhoud van het document wordt hier neergeschreven. De masterproef bestaat globaal gezien uit twee delen. Een eerste deel, uitgestrekt over de eerste vijf hoofdstukken, geeft algemene informatie over duurzaamheid, circulariteit en het gebruik van ecologisch verantwoorde bouwmaterialen. Daarna volgen argumenten waarom deze materialen niet voldoen aan bepaalde toekomstperspectieven. Dit vormt de overgang naar circulaire bouwmaterialen met bijhorend circulair verdienmodel. In het tweede deel wordt vooreerst een analyse gemaakt van bestaande gevelsystemen. Deze analyse leidt tot het blootleggen van een aantal probleempunten. Vervolgens komen enkele voorstellen aan bod over hoe de circulaire bouwsector kan worden uitgebreid of verbeterd.
Hoofdstuk 2 beschrijft de noodzakelijkheid van de transitie naar een circulaire bouwsector. Het duurzaam karakter die nu vaak aan bouwmaterialen wordt meegegeven blijkt niet voldoende voor een realistisch toekomstperspectief. Opduikende klimaatproblemen worden mede veroorzaakt door de grote fractie bouwafval, een downgrade van materialen die vaak niet ten einde levensduur zijn. Het moet de bedoeling zijn materialen te gebruiken in een toepassing waar ze over hun volledige levensduur kunnen dienen. Groot pluspunt daarenboven is het gebruik van materialen met beperkte milieu-impact. Levenscyclusanalyses geven een beeld over de milieu-impact van een materiaal gedurende hun levensduur. Levenscycluskostenanalyses zetten deze om in een bepaalde kostprijs, milieukost genoemd. Beperking op de vandaag uitgevoerde cradle-to-grave-analyses is vaak het beperkte frame dat wordt meegenomen. Circulariteit breidt deze scope uit en beoogt cradle-to-cradle-analyses uit te voeren. Deze nemen ook de eindelevensduurfase in rekening en streven naar hergebruik van een materiaal in een toepassing waarvoor ze oorspronkelijk ontworpen werden, zonder waardevermindering dus.
Dit hergebruik van materialen zorgt voor een veranderende economie. Hoofdstuk 3 beschrijft hoe businessmodellen worden aangepast. Producten worden steeds meer als een dienst aangeboden. Enkele voorbeelden in hoofdstuk 3 verduidelijken de beschreven aanpassingen.
Hoofdstuk 4 gaat dieper in op circulariteit in de bouwwereld. Het 10R model van Cramer en de 24 Ontwerprichtlijnen voor Veranderingsgericht Bouwen van OVAM dienen als leidraad voor al wat volgt in deze masterproef. Samen met levensduurbeïnvloedende factoren vormen ze de basis voor de analyse van de circulariteit op materiaalniveau. Alle verder beschreven bouwmaterialen worden afgetoetst aan deze basisprincipes in verband met circulariteit.
Vervolgens wordt het onderwerp van deze masterproef vernauwd tot de gevel van een gebouw. Specifiek worden in hoofdstuk 5 enkele eisen gesteld waaraan een gevel op verschillende vlakken moet
___________________________________________________________________________________ 2
H1: Inleiding | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
voldoen om een aangenaam en veilig binnenklimaat te garanderen. Deze checklist van eigenschappen wordt afgetoetst door middel van een case: de Etrimo woontorens in Zellik. Er wordt geanalyseerd waar het uitgevoerde systeem in Zellik voldoet aan de vooropgestelde richtlijnen, dan wel pijnpunten bezit. Deze worden meegenomen in verder onderzoek.
Naast deze case worden ook andere bestaande gevelsystemen geanalyseerd. In hoofdstuk 7 wordt een overzicht opgesteld van vaak toegepaste gevelsystemen in zowel renovaties als nieuwbouwprojecten. Deze systemen worden gekoppeld aan de eerder beschreven 24 Ontwerprichtlijnen voor Veranderingsgericht Bouwen waaruit opnieuw positieve en negatieve eigenschappen worden meegenomen naar verder onderzoek.
Hoofdstuk 8 spitst zich toe op bouwmaterialen en geeft een overzicht van reeds aanwezige circulaire producten op de markt. Het spreekt voor zich dat dit aspect van de bouwsector snel verandert en dit hoofdstuk bijgevolg ook snel achterhaald zal zijn. Het dient hier als naslagwerk en basis voor verder onderzoek. Opnieuw wordt de terugkoppeling gemaakt naar de beschreven basisrichtlijnen uit hoofdstuk 4. Zo wordt een beeld geschept hoe deze materialen werden aangepast om een meer circulair karakter te bekomen.
Gebaseerd op alle voorheen beschreven plus- en minpunten worden in hoofdstuk 9 enkele onderzoekscriteria (stort- en verbrandingspercentage, levensduur, schaduwkost…) vooropgesteld waarmee traditionele bouwmaterialen geanalyseerd worden. Met deze criteria wordt een tabel opgesteld waarin een totaalscore wordt berekend voor elk materiaal. De score zet elk materiaal uit ten opzichte van de andere soortgelijke materialen (binnenspouwblad, isolatie of gevelafwerking) en geeft op deze manier weer hoe circulariteitsonvriendelijk een bepaald materiaal is.
Eenzelfde analyse wordt uitgevoerd voor gevelsystemen in hoofdstuk 10 en 11. Hieronder wordt een samensmelting verstaan van verschillende materialen tot één gevelpakket. Bijkomende pakketspecifieke onderzoekscriteria (demonteerbaarheid, beschadigingspotentieel van de gevelbekleding) worden aan de tabel toegevoegd en opnieuw wordt een totaalscore berekend. Deze wijze van onderzoek wordt afgetoetst aan bestaande tools ter berekening van een circulariteitsscore.
Hoofdstuk 12 geeft een visuele voorstelling van enkele goed scorende pakketten. Hierin wordt gebruik gemaakt van de op de markt beschikbare materialen uit hoofdstuk 8. Er volgt een terugkoppeling naar hoe het Etrimo gebouw met de opgedane kennis aangepakt of gerenoveerd kan worden.
Specifiek worden de vermelde circulaire gevelpakketten toegepast in een tweetal bouwknopen in hoofdstuk 13. Er wordt zoveel mogelijk getracht deze bouwknopen op circulaire wijze te ontwerpen. Toch wordt op problemen gebotst waarvoor voorlopig geen oplossing werd gevonden.
Tenslotte beschrijft hoofdstuk 14 innovatieve pistes die bewandeld werden tijdens het onderzoek. Deze systemen pogen de opgemerkte pijnpunten van de bestaande systemen weg te werken op innovatieve wijze. Dit hoofdstuk, waarin de evolutie van het denkproces rond de systemen beschreven wordt, kan een aanleiding zijn tot verder onderzoek.
__________________________________________________________________________________ 4
H2: Waarom circulariteit? | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
2 Waarom circulariteit?
“There is no planet B.” Onderwerpen die betrekking hebben op het klimaat, het milieu, duurzaamheid… zijn meer dan ooit aanwezig in de maatschappij. De opwarming van de aarde en de klimaatverandering zijn voor ieder gekende begrippen. De klimaatverandering wordt gedefinieerd als de wijziging van het globale klimaat ten gevolge van de verhoogde uitstoot aan broeikasgassen. Een belangrijke oorzaak van deze verhoogde uitstoot aan broeikasgassen is de massale verbranding van fossiele brandstoffen (industrie, transportsector …) en grootschalige ontbossing. (KNMI, 2016)
Bouw- en woonactiviteiten spelen hierbij een belangrijke rol. Productie en transport van bouwproducten vergen heel wat grondstoffen. Enerzijds is de bouwsector verantwoordelijk voor 50% van het mondiale grondstoffenverbruik, anderzijds is ze verantwoordelijk voor 30 à 40% van het afval. (Tracimat, 2020). Het is noodzakelijk een kritische ingesteldheid te ontwikkelen om na te denken over een andere manier van (ver)bouwen.
Circulariteit vs. duurzaamheid
De wereldbevolking blijft groeien en de welvaart neemt toe. Dit betekent dat de vraag naar bouwproducten steeds groter wordt. Dit resulteert automatisch in het uitputten van ’s werelds beschikbare energiebronnen. Duurzaam bouwen, wat zich toespitst op het gebruik van milieuvriendelijke en langdurig bruikbare materialen, volstaat bijgevolg niet meer in haar visie. Te veel niet-hernieuwbare vormen van energie raken uitgeput. Duurzaamheid is een breed begrip dat betrekking heeft op de mensen, de planeet en de economie waarbij het circulair inzetten van materialen nog onbestaand is. Zowel tijdens het bouwen, verbouwen als onderhouden is een doordacht gebruik van materialen een belangrijk aspect. Echter, de volgende stap waarin materialen een nieuw leven krijgen ontbreekt.
Circulair bouwen daarentegen is een andere manier van denken, een andere manier van omgaan met de ruimte en het materiaal. Het belang van de milieukost en de milieu-impact van een gebouw stijgt, waardoor meer aandacht gevestigd wordt op het gebruik van afbreekbare, demonteerbare en recycleerbare materialen. Materialen worden zoveel mogelijk hergebruikt en bouwafval wordt tot een minimum herleid. Bijgevolg is een verschuiving van duurzaam naar circulair bouwen tegenwoordig cruciaal. Circulariteit is met andere woorden een strategie om duurzaamheid te bereiken waarbij voldaan wordt aan alle hedendaagse belangen zonder die van toekomstige generaties in het gedrang te brengen. Bouwproducten zijn circulair als ze demonteerbaar zijn en wanneer dat vervolgens leidt tot hergebruik en/of recyclage. Heel wat factoren beïnvloeden echter de circulariteit van bouwmaterialen: milieubelasting, levensduurkosten, onderhoudscycli, brandveiligheid, transporteerbaarheid…
Efficiënter en milieubewuster materiaalgebruik is noodzakelijk om duurzaamheid blijvend te optimaliseren. Materialen slim afbreken, stockeren, vervoeren, recupereren en opnieuw assembleren zonder afval en zonder verlies aan kwaliteit staat centraal in een circulaire bouweconomie. Afval is een downgrade van materialen die vaak niet ten einde levenscyclus zijn en moet bijgevolg tot een minimum worden herleid en zelfs worden vermeden. Door het sluiten van materiaalkringlopen wordt de nood aan nieuwe materiaalbronnen vermeden en wordt een meer circulaire economie tot stand gebracht. Reststromen worden aan elkaar gekoppeld, waardoor de output van het ene de input van het andere wordt. Het doel van deze circulariteit is het verlagen van de milieu-impact, het verhogen van de bouwefficiëntie en het verlengen van de levensduur van materialen.
Levensduur bouwproducten
Het is cruciaal om de levensduur van bouwproducten te kennen om een onderhoudsplanning, een kostencalculatie of een levenscyclusanalyse op te maken. De levensduurkosten van een gebouw (Life Cycle Costs, LCC) zijn de totale kosten van ontwerp, bouw, exploitatie en sloop. Dit totaal aan onderhouds- en gebruikskosten geeft een bijkomende dimensie aan de initiële kost. In bepaalde contracten wordt het onderhoudsaspect meegenomen. Zowel op technisch, functioneel als economisch vlak speelt de levensduur van bouwmaterialen een belangrijke rol. Elk van deze domeinen bezit een andere definitie en een andere kijk op de levensduur. Contradicties tussen deze drie domeinen moeten zoveel mogelijk vermeden worden om een duurzaam gebouw met een algemeen aanvaarde levensduur te creëren.
Als eerste is de technische levensduur de periode waarin een gebouw aan de technische en bouwfysische prestaties voldoet. Een gevelbekleding met buitenbepleistering die begint af te brokkelen is op het einde van de technische levensduur gekomen aangezien de vallende brokstukken de veiligheid van de voorbijgangers in het gedrang brengen. De technische eis van de goede onderlinge aanhechting is niet meer van toepassing.
Als tweede strekt het functionele gebied zich uit over de periode waarin het gebouw voldoet aan de wensen van de gebruiker. Door de steeds veranderende eisen van de maatschappij en de evoluerende doelstellingen wordt de functionele levensduur steeds korter. Dezelfde buitenbepleistering zoals hierboven is op het einde van het functioneel gebied wanneer de gebruiker beslist deze te vervangen, bijvoorbeeld omwille van esthetische redenen.
Het economische gebied gaat tenslotte over de periode waarin de baten van het gebouw groter zijn dan de kosten. Het wordt vaker bekeken als een evenwicht tussen kost en inkomen. Een voorbeeld is een woning met slechte isolatie die hoge energiekosten vraagt. Soms is het voordeliger om de woning te
__________________________________________________________________________________ 6
H2: Waarom circulariteit? | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
slopen dan om alle renovatiekosten te doen om het gebouw energiezuiniger en eigentijdser te maken. Op dat moment wordt de economische levensduur overschreden.
Levenscyclusanalyse
Bij het gebruik van levenscyclusanalyses, een tool om inzicht te verwerven in de milieu-impact van bouwmaterialen, is de voorgenoemde levensduur een belangrijke parameter. De literatuur is rijk aan naslagwerken omtrent gevelrenovatiestrategieën en hun bijhorende milieu-impact, maar toch wordt op de dag van vandaag weinig rekening gehouden met circulaire oplossingen. Echter, vaak worden deze analyses uitgevoerd voor een min of meer gestandaardiseerde levensduur van een gebouw van 60 jaar. Het analyseren van de milieu-impact van een gebouw valt vaak terug op het bestuderen van de nodige energie tijdens de opbouw- en levensfase van dit gebouw. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen enerzijds de ingebedde en anderzijds de operationele energie. De hoeveelheid operationele energie houdt verband met de nodige energie tijdens de gebruiksfase van het gebouw. Dit beslaat het energieverbruik nodig ter creatie van een aangenaam klimaat binnenin. Het doel van een levenscyclusanalyse is het vinden van een verantwoorde balans tussen enerzijds de operationele en anderzijds de ingebedde energie. Vaak heeft een minimalisering van de operationele energie een vergroting van de ingebedde energie, omwille van de grotere volumes aan materiaal, tot gevolg. (Van Gulck, 2019)
Cradle-to-cradle
Wanneer tijdens de analyse ook de eindelevensduurenergie in rekening gebracht wordt, wordt ook de energie verband houdende met de verwerking van de bouwmaterialen na hun levensfase meegerekend. Dergelijke levenscyclusanalyse wordt een cradle-to-cradle-analyse genoemd. Het gaat over hoe je een product van de wieg tot zijn “nieuwe wieg” kunt gebruiken. De techniek van het circulair bouwen werd in het leven geroepen met als doel deze laatste energiecategorie te minimaliseren. Het demonteerbaar en herbruikbaar ontwerpen van bouwmaterialen zorgt ervoor dat de productie-energie van dergelijke materialen verspreid wordt over meerdere levensjaren en eventueel meerdere gebouwen en/of toepassingen. Toch is de stap naar de circulaire bouwwereld niet snel gemaakt. Er moet telkens gewaakt worden over de bouwfysische performantie van de ontworpen technieken en systemen. Bovendien beslaat de recyclage doorgaans laagwaardige recyclage waarbij de bouwproducten vaak gebruikt worden als laagwaardig afval. Beton- en steenpuin worden bijvoorbeeld vaak gebruikt als toeslag of opvulling in nieuwe projecten in de wegenbouw. Circulariteit viseert deze laagwaardige recyclage en beoogt demonteerbare materialen te hergebruiken in een functie waarvoor ze oorspronkelijk gecreëerd werden. De ambitie is om de eindelevensduurfase van een materiaal zoveel mogelijk uit te stellen en
omwille van een goed gekozen verbindingswijze samenstellende delen een langere gebruikstermijn te geven.
In het opzicht van voorgenoemde cradle-to-cradle-analyse is het doorgaans correct te stellen dat renoveren steeds een minder negatieve milieu-impact heeft dan het volledig slopen en heropbouwen van een woning. Deze stelling staven gebeurt tweeledig. Enerzijds is het nodige energieverbruik te wijten aan de sloopactiviteit en het transporteren van het bouwafval tot de verwerkingscentrale. Anderzijds is de hoeveelheid nieuw materiaal nodig bij de renovatie slechts een fractie van de benodigde materialen bij nieuwbouw. In dit opzicht is de doelstelling van de Vlaamse Regering, omschreven in het Renovatiepact, te verantwoorden op vlak van milieu. De Vlaamse overheid stelt met haar Renovatiepact een doelstelling waarbij tegen 2050 gestreefd wordt naar een gebouwenpark waarin alle woningen en appartementen even energiezuinig zijn als een energetisch performante nieuwbouwwoning. (Vlaanderen, z.d.) Een eerste belangrijke stap in deze renovatieprocedure is het optimaliseren van de gebouwschil.
Globaal komt het erop neer een strategie te ontwikkelen om alle bouwmaterialen te nuttigen zolang hun kwaliteit voldoende blijft om hun bestemmingsfunctie te vervullen. Het streefdoel is een dynamisch systeem waarbij de materialen vervangen kunnen worden zonder dat daarbij een grote hoeveelheid input-energie vereist is. Ook de steeds veranderende normering vereist een dynamisch ontwerp van gebouwen. (Van Gulck, 2019)
Natuurlijk heeft de keuze voor renovatie boven de sloop en heropbouw ook negatieve gevolgen. Zo speelt de vrijheid van indeling, die beduidend lager ligt bij een renovatie, een belangrijke rol. Velen verkiezen deze vrijheid, en dus een nieuwbouwwoning, boven de milieubewustere renovatie. Een tweede niet onbelangrijk aspect is de kostprijs van de werkzaamheden. Doorgaans speelt deze economische factor de grootste rol in de keuze tussen renovatie of nieuwbouw. (Van Gulck, 2019)
__________________________________________________________________________________ 8
H3: Circulaire economie | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
3 Circulaire economie
Bouwen als een dienst
De intrede van de circulaire denkwijze leidt onder fabrikanten en aannemers tot het aanbieden van ‘products as a service’. Veel van wat vroeger als product werd aangeboden, wordt nu meer en meer als dienst voorzien. Producenten transformeren zichzelf tot dienstverleners. Je betaalt de fabrikant of beheerder in ruil voor een gebouw dat gedurende de hele levenscyclus onderhouden wordt. Afbreken en/of herbouwen wordt dan als deel van het contract aanzien. Gedurende hun hele levenscyclus blijven de bouwmaterialen eigendom van de producent/dienstverlener. De gebruiker ervan wordt aanzien als tijdelijke huurder en betaalt bijgevolg niet voor het product zelf, maar voor het gebruik ervan gedurende enkele jaren.
Bestaande gebouwen worden meer en meer als materiaalbanken aanzien, omdat ze kostbare voorraden van materialen en grondstoffen vormen. Het recupereren van de gebruikte materialen vermindert de nood aan nieuwe grondstoffen. Herbruikbare componenten moeten geïdentificeerd worden vooraleer de afbraak start. Sloopfirma’s, bijvoorbeeld, zullen in de toekomst minder bruut te werken mogen gaan. Het zal eerder over demonteren gaan dan over afbreken. Selectief slopen wordt een belangrijk aspect. Een sloopopvolgingsplan helpt om een overzicht te krijgen van de “afvalstoffen” die vrijkomen. Via dit nieuw businessmodel wordt het creëren van winst losgekoppeld van het verbruik van grondstoffen. Het gaat veeleer over het gebruik van materialen dan over het verbruik. (Van Boesschoten, 2017)
Een circulaire economie heeft dus een dubbele impact: het verminderen van het aanspreken van nieuwe grondstoffen en bijgevolg het verlagen van de uitstoot van broeikasgassen. Hiervoor wordt de werking van bepaalde bedrijven in de bouwsector herdacht en worden businessmodellen grondig aangepast.
Circulair businessmodel
Het ontwikkelen van circulaire bouwsystemen is één zaak, het implementeren ervan is nog iets anders. Vooraleer dergelijke systemen de standaard worden, moeten een aantal zaken gerealiseerd worden. De burger moet warm gemaakt worden voor dergelijke projecten. Het behoort gevoelsmatig niet tot de “comfortzone” van de bouwende of renoverende Vlaming waardoor circulaire systemen niet snel ingeburgerd raken. Het is belangrijk dat materialen die recycleerbaar en herbruikbaar zijn, ook effectief gerecycleerd en hergebruikt worden.
Bouwen in Vlaanderen wordt steeds duurder. Met de momenteel op tafel liggende strenge eisen wat betreft minimaal S- en E-peil is de Vlaming genoodzaakt bij een nieuwbouwwoning te kiezen voor extra zonwering, dikkere beglazing en duurdere isolatiematerialen. Ook voor renovaties gelden steeds strengere eisen. De daardoor stijgende bouwkost werkt ontmoedigend. Bouwen of renoveren brengt een
hoge éénmalige investering met zich mee waardoor een groot kapitaal op korte tijd moet worden uitbesteed. Circulaire businessmodellen die producten als dienst aanbieden omzeilen eenmalige grote investeringen en spreiden deze over verschillende jaren en mogelijks zelfs decennia afhankelijk van de levensduur van het materiaal.
Dergelijke businessmodellen doen reeds hun intrede. Philips Lighting rekent een bepaalde som aan in ruil voor licht in een gebouw. De gebruiker betaalt niet meer eenmalig voor de lampen en armaturen, maar vergoedt Philips naargelang licht in het gebouw wordt verbruikt. Ook Mitsubishi hanteert soortgelijke modellen. Dit bedrijf installeert zo duurzaam en zuinig mogelijke liften en voorziet zelf in het onderhoud ervan in ruil voor een vergoeding naargelang deze lift gebruikt wordt. Beide zijn voorbeelden van hoe de piekuitgave afgezwakt wordt naar een periodieke vergoeding afhankelijk van het verbruik. (Grasso, 2018)
Circulaire businessmodellen hebben tal van voordelen. Het zorgt ervoor dat fabrikanten hun producten zo duurzaam mogelijk produceren. Een grotere levensduur zorgt er immers voor dat materialen over een langere termijn dienst kunnen doen. Een bijkomend voordeel is dat de verantwoordelijkheid van het onderhoud van de bouwproducten bij de producent wordt gelegd. De persoon of firma met de meeste knowhow is op die manier ook bevoegd voor het in stand houden van de kwaliteit van de bouwproducten.
Naast de voorgenoemde voordelen kent deze nieuwe vorm van handel drijven ook enkele nadelen. Vooral het wettelijk kader zorgt voor enkele onduidelijkheden. Zo is het niet geheel duidelijk of circulaire bouwproducten roerend of onroerende goederen zijn. Daarnaast heerst ook wat onduidelijkheid over wie verantwoordelijk is voor de veiligheid en verzekering van bijvoorbeeld een gevel as a service.
Circulaire economie in de praktijk: voorbeelden
Om de impact van een circulaire economie te maximaliseren is het duidelijk dat enkele grote spelers het voortouw moeten nemen vooraleer de markt daadwerkelijk in een stroomversnelling terecht komt. Zowel op Europees als op Vlaams niveau werden enkele middelen vrijgemaakt voor het onderzoek naar de toepassing van circulaire bouweenheden.
Het FCRBE-project, lopend van 2018 tot en met 2022, met een totaalbudget van 4,33 miljoen euro, waarvan 2,6 miljoen Europese subsidies, beoogt het faciliteren van “the circulation of reclaimed building elements in Northwestern Europe” en wordt daarin gesteund door het Interreg North-West Europe programma van de Europese Commissie. Doel van dit orgaan is de positie van Noordwest-Europa te versterken als zijnde een economische sleutelfiguur, een aangename regio om te werken en
__________________________________________________________________________________ 10
H3: Circulaire economie | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
leven met ambities op vlak van innovatie en duurzaamheid. Gevolg van deze samenwerking is bijvoorbeeld het ontstaan van Opalis. Dit is een platform waarop een aanbod van circulaire, reeds gebruikte materialen tentoongesteld wordt en waarop aannemers en architecten in contact komen met mogelijke verkooppunten. (FCRBE, z.d.; Opalis, z.d.)
Vlaanderen Circulair is een partnerschap van overheden, bedrijven, middenveld en kenniswereld die samen actie ondernemen aangaande het uitrollen van de circulaire economie in Vlaanderen. Met hun Open Call 2019 gaf deze instelling samen met OVAM de kans aan derden om zich in te schrijven aan de hand van een project omtrent circulair bouwen. Een totaal projectfonds van 4,9 miljoen euro wordt daarna verdeeld onder de betreffende projecten die als experimenteel of demonstratieproject dienen op vlak van circulair ondernemen. (Vlaanderen Circulair, 2019)
Ten einde een omkeer te bekomen in de mindset van zowel bouwheer, architect als aannemer zetten de overheden in samenwerking met verschillende actoren in op bewustmaking en aanmoedigen van initiatieven. Stimuleren gebeurt door middel van premies. Naast voorgenoemde bovenlokale projecten worden ook op kleinere schaal subsidies vrijgemaakt. Een voorbeeld hiervan is het Brussels Hoofdstedelijk Gewest dat een “erkenning circulaire economie” voorziet voor bedrijven die het gebruik van niet-hernieuwbare grondstoffen en de productie van afval beperken of vermijden.
In het buitenland wordt reeds gebruik gemaakt van langetermijncontracten, waarbij niet enkel de kennis tijdens het bouwproces overhandigd wordt. Aannemers nemen deel aan contracten. Een DBFM-contract is een recent ontwikkelde DBFM-contractvorm waarbij alle aspecten van een project aan één enkele private onderneming wordt aanbesteed door de overheid. DBFM staat voor Design (ontwerpen), Build (bouwen), Finance (financieren) en Maintain (onderhoud). (Van Gestel et al, 2018) Het onderhouds-aspect integreert een onderhoudsclausule in het contract, waarbij de uitvoerende partij gedurende een langere periode van meestal 20 à 30 jaar verantwoordelijk is voor eventuele fouten en herstellingen die gebeuren. Dit resulteert in een duurzamere en, op lange termijn, meer economisch verantwoorde ontwikkeling van projecten. De aannemer houdt tijdens de uitvoering rekening met de kwaliteit, wat op zijn beurt resulteert in een langere periode zonder schade en bijhorende herstellingen waarvoor hij zelf verantwoordelijk zou zijn.
De overheid fungeert als opdrachtgever en geeft door middel van outputspecificaties aan wat ze als eindresultaat wensen. Outputspecificaties zijn meetbare resultaten die het afgewerkt project moet bevatten. Het is dan aan de private partijen om een voorstel te doen omtrent de vorm, financiering, uitvoering en onderhoud van het project. (Van Gestel, Buyck, Van Garsse & Paquay, 2018)
Het doel van dit soort contracten is om het economische aspect niet te laten overheersen, in tegenstelling tot de klassieke aanbestedingen. In België is de klassieke openbare aanbesteding populair: wie het project het goedkoopst uitvoert, krijgt het project. Deze aanpak leidt vaak tot kwaliteitsverlies.
DBFM-contracten zorgen voor een cultuuromslag, want in tegenstelling tot een klassieke aanbesteding ontvangt de uitvoerende partij een periodieke (per maand, per trimester etc.) beschikbaarheids-vergoeding. Met de inkomsten uit deze vergoedingen dekt de opdrachtgever zijn onderhoudskosten, lost hij zijn financiering af en probeert hij ook winst te maken voor het bedrijf. (Van Gestel et al., 2018) Dit principe van vergoeden houdt in dat de aannemer enkel een volledige vergoeding ontvangt als de vooropgestelde outputspecificaties blijven gelden. Dat wil zeggen dat eventuele schadegevallen (waarbij de schuld bij de aannemer te leggen is) opgelost worden met hun reeds verkregen vergoedingen en dat hun volgende vergoeding kleiner is.
__________________________________________________________________________________ 12
H4: Wat is circulariteit? | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
4 Wat is circulariteit?
Het 10R model van Prof. Dr. J. Cramer
Wat betekent circulariteit of circulair bouwen nu eigenlijk precies? Wat houdt het allemaal in en worden deze zaken de dag van vandaag al frequent toegepast? Prof. Dr. Jacqueline Cramer ontwikkelde het 10R-model om de verschillende niveaus van circulariteit aan te duiden. Een aandachtigere kijk op dit 10R-model toont aan welk niveau meest impact heeft op de circulaire economie. Om de visie en de denkwijze van het circulair bouwen volledig te volgen, moeten de stappen steeds vanaf 1 richting 10 gevolgd worden, niet omgekeerd. Het 10R model is in principe een gedetailleerde versie van de ladder van Lansink die weergeeft op welke manier afval behandeld moet worden. (Spronken, 2019)
1. Refuse
Is het mogelijk om het gebruik van het materiaal uit te stellen? Is de noodzaak aanwezig om dit materiaal te gebruiken? Refuse gaat zodoende over het weigeren en het voorkomen van onnodige gebruiken. Er wordt nagedacht over bepaalde alternatieven en ook hier speelt bouwen als een dienst, besproken in paragraaf 3.1, een rol.
2. Reduce
Lukt het om minder grondstoffen te gebruiken dan oorspronkelijk gepland? Is het mogelijk om snijafval, zaagafval en in het algemeen bouwafval te reduceren? Er wordt nagedacht over een zuinigere omgang met grondstoffen en een efficiëntere productiemethode die minder afval teweegbrengt.
3. Redesign
Kennis en innovatieve ideeën zijn een cruciale bron om te herontwerpen. Niet alleen innovatie op gebied van kennis, maar ook op sociaal vlak. Ontwerpen samenleggen, denkbeelden delen en samenwerken met verschillende partijen zijn minstens even belangrijk. De manier van organiseren wordt vaker herdacht, er wordt met een nieuwe blik gekeken naar de werkgewoontes en productieprocessen. Daaruit vloeit meestal een alternatief ontwerp met het oog op een lange levensduur, modulaire afmetingen, demonteerbare verbindingen, duurzame materialen, hergebruik of recyclage. In de ontwerpfase wordt ook meer en meer rekening gehouden met de reparatie- en onderhoudsmogelijkheden.
4. Re-use
Dit gaat over het hergebruik van materialen. Aanpasbaarheid en flexibiliteit zorgen ervoor dat modulair en demonteerbaar bouwen de toekomst wordt. Het hergebruik van materialen gaat van het terug ophalen van paletten waarop het materiaal is toegekomen tot kleine verpakkingen die hergebruikt mogen worden.
5. Repair
De producteneconomie wordt stilaan een diensteconomie. Repareren is één van de diensten die daar deel van uitmaakt. Er worden voorzieningen getroffen om onderhoud makkelijk uit te voeren of elementen makkelijk te vervangen.
6. Refurbish
Refurbish gaat over het opknappen van een product. Door aan het materiaal of in dit geval het gebouw te werken, wordt een extra toegevoegde waarde verwezenlijkt. Het renoveren van gebouwen leidt tot een verlenging van de levensduur.
7. Remanufacture
Nieuwe producten worden gereviseerd uit onderdelen van of volledige oude producten. Restproducten worden ingezet voor de assemblage van nieuwe materialen. In wat volgt wordt de Orbixblok van Carbstone Innovation besproken, wat hier een voorbeeld van is.
8. Repurpose
Repurpose draait om de herbestemming van materialen. Producten worden hergebruikt met een ander doel. Een voorbeeld is een houten bank die gemaakt wordt uit houtafval waar anders niets meer mee zou gebeuren.
9. Recycle
Het recycleren is de voorlaatste R: de verwerking en het hergebruik van het materiaal. Bij de recyclage blijft de oorspronkelijke kwaliteit van materialen behouden. Er bestaat ook zoiets als upcycling, wat het verhogen van de kwaliteit betekent en downcycling, wat het verlagen van de oorspronkelijke kwaliteit inhoudt. Een voorbeeld van upcycling is bouwafval als grondstof voor nieuwe bakstenen zoals de WasteBasedBricks. Wanneer beton vermalen wordt tot gebroken puin en dan als fundatie onder wegen gebruikt wordt, wordt over downcycling gesproken. 10. Recover
De laatste stap omvat de energieterugwinning uit materialen, recovering materials. Ideeën zoals storten of verbranden zonder energieterugwinning horen niet thuis in de circulaire economie. Een goed voorbeeld is te vinden bij de nieuwe appartementen aan de Nieuwe Dokken in Gent. Het warmtenet bij de Nieuwe Dokken produceert zelf warmte aan de hand van hun afvalwater. Via vacuümtoiletten wordt het zwart water ingezameld. Samen met vermalen keukenafval gaat dit naar een vergister die het omzet in biogas. Dit biogas levert warmte en elektriciteit.
24 Ontwerprichtlijnen voor Veranderingsgericht Bouwen
Dynamisch of veranderingsgericht bouwen speelt een belangrijke rol in het verlagen van de milieu-impact en het verlengen van de levensduur van gebouwen. Inspelen op aanpasbaarheid, flexibiliteit en
__________________________________________________________________________________ 14
H4: Wat is circulariteit? | Emiel Debusseré & Eline Leenknecht
demontage is essentieel voor het sluiten van materiaalkringlopen. OVAM stelde een document met 24 ontwerprichtlijnen op om veranderingsgericht bouwen op materiaal-, element- en wijkniveau vanaf het eerste ontwerp te introduceren. Elk van deze categorieën wordt gerelateerd aan een interface, een subonderdeel of een compositie. In onderstaande Figuur 1 worden 23 ontwerprichtlijnen opgenomen, de 24e is ventilatie.
Figuur 1: 24 Ontwerprichtlijnen voor Veranderingsgericht Bouwen (OVAM, 2016)
In wat volgt wordt elk relevant schaalniveau met de bijhorende principes besproken. Telkens wordt een symbool gekoppeld aan de categorie. Deze komen later terug bij de bespreking van bestaande systemen.
• MATERIAALNIVEAU
1. Omkeerbaarheid
Omkeerbare verbindingen is één van de meest cruciale doelstellingen om in het denkbeeld van circulair bouwen terecht te komen. Het gebruik van bouten en schroeven in plaats van lijmen, mortels, lassen en nagels bepaalt de haalbaarheid om componenten te demonteren zonder schade aan te richten. Deze, meestal niet-continue, verbindingen vereisen extra aandacht inzake lucht- en waterdichtheid. Ook is het van belang in te zien dat dit niet enkel droge verbindingen inhoudt. Een zachte kalkmortel bijvoorbeeld is niet herbruikbaar, maar het is wel mogelijk de gevelstenen te demonteren met minimale schade.
2. Eenvoud
Eenvoudige, gestandaardiseerde verbindingstechnieken versnellen het bouwproces. Complexe verbindingen vragen gespecialiseerde aannemers met vakkennis, wat tijdens de afbraak van gebouwen voor een vertraging van het bouwproces zorgt. Vaak gaan daarmee oplopende arbeidskosten gepaard. Ook het gebruik van een extra materiaal in een specifieke bouwknoop zorgt voor minder eenvoud. Er wordt een nieuwe afvalstroom gecreëerd waardoor het scheiden van materialen lastiger wordt.
3. Snelheid
Door het aantal verbindingen en het aantal lagen te beperken vermindert de montage- en demontagetijd en wordt gewonnen op bouwsnelheid. Toegankelijkheid van de verbindingen speelt hierbij ook een grote rol. Een voorbeeld specifiek voor gevelsystemen zijn kliksystemen omdat daar geen tijd verloren gaat door droogtijd van de mortelvoeg.
4. Duurzaamheid
Een duurzame materiaalkeuze wordt gekenmerkt door een lange levensduur en een goede bestandheid tegen slijtage en beschadigingen. Bijkomend krijgen componenten met een lage noodzaak aan onderhoud de voorkeur. Hout is bijvoorbeeld een betere keuze dan keramische tegels omwille van de onuitputbaarheid van de bron.
5. Hergebruik
Hergebruik van materialen in een ander gebouw zorgt voor minder bouwafval en vermijdt de ontginning van nieuwe grondstoffen. Het is daarbij niet altijd de bedoeling om dat materiaal te hergebruiken met dezelfde functie. Natuursteen dat als gevelbekleding gebruikt wordt, maar esthetisch bijvoorbeeld niet meer aan de eisen voldoet, kan als plint of bordes hergebruikt worden in een nieuwe toepassing.
6. Compatibiliteit
Gestandaardiseerde en compatibele componenten, waar vorm en maat op elkaar afgestemd zijn, leiden tot meer mogelijkheden wanneer een materiaal vervangen moet worden. Gelijkaardige elementen van een andere producent kunnen sneller toegepast worden. Een voorbeeld specifiek voor gevels is het gebruik van regelwerk. Wanneer tijdens een eerste periode vezelcementplaten bevestigd worden, maar deze na een bepaalde tijd niet meer voldoen, is het mogelijk om voor hout of natuursteenplaten te kiezen als alternatief. Het regelwerk is vaak compatibel met verschillende soorten afwerkingen.
7. Gelaagdheid volgens levensduur
Lagen met een verschillende functionele en technische levensduur fysisch scheiden van bij het ontwerp resulteert in een efficiënter montage- of demontageproces. Ook onderhoud, herstellingen en vervangingen worden eenvoudiger uitgevoerd. Hierbij is het wel noodzakelijk om de lagen te rangschikken volgens hun levensduur. Een laag met een hoge vervangfrequentie mag in geen geval
